幅度频率可调的锯齿波发生器

幅度频率可调的锯齿波发生器 辽 宁 工 业 大 学 电子技术基础课程(论文) 目:幅度频率可调的锯齿波发生器 院(系):电气工程学院 专业班级: 电气091 学 号: 090303020 学生姓名: 王元楚 指导教师: 教师职称: 起止时间: 1 课程设计(论文)任务及评语 院(系):电气工程学院 教研室:电子信息工程 学 号 090303020 学生姓名 王元楚 专业班级 电气091 课程设计 (论文)幅度频率可调的锯齿波发生器 题目 设计任务: 1. 现设计并制作能产生锯齿波波形信号输出的函数发生器。 2. 设计电路所需的直流稳压电源。 功能要求: 1. 输出的波形工作频率范围0.02Hz,1kHz连续可调 课2. 方波幅值?10V。 程3. 波峰峰值20V;各种输出波形幅值均连续可调。 设 设计要求: 计 )1 .设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用论环境等，广开思路，构思出各种总体，绘制结构框图。 文 2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、) 任成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。 务 3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个 设计。 4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右 出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。 指 导 教 师 评 语 及 成 绩 成绩: 指导教师签字: 年 月 日 2 目 录 第1章 幅度频率可调的锯齿波发生器设计方案论证 ................................................... 1 1.1 幅度频率可调的锯齿波发生器的应用意义 ......................................................... 1 1.2 幅度频率可调的锯齿波发生器设计的要求及技术指标 ...................................... 1 1.3 设计方案论证 ....................................................................................................... 2 1.4 总体设计方案框图及分析 .................................................................................... 3 第2章幅度频率可调的锯齿波发生器各单元电路设计 ......................................... 4 锯齿波电路设计 ................................................................................................... 52.1 2.2 直流稳压电路设计................................................................................................ 5 第3章幅度频率可调的锯齿波发生器整体电路设计 ............................................. 7 3.1 整体电路图及工作原理 ........................................................................................ 7 3.2 电路参数计算 ....................................................................................................... 7 3.3 整体电路性能分析................................................................................................ 8 第4章 设计总结 .............................................................................................................. 9 参考文献 ............................................................................................................................ 10 3 幅度频率可调的锯齿波发生器设计方案论证 1.1幅度频率可调的锯齿波发生器应用意义 在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波是常用的基本测试信号。在无线电通信，测量，自动化控制等技术领域广泛地应用着各种类型的信号发生器此外，如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。例如，要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形，要求在水平偏转板加上随时间作线性变化的电压——锯齿波电压，使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。而电视机中显像管荧光屏上的光点，是靠磁场变化进行偏转的，所以需要要用锯齿波电流来控制。因此锯齿波发生器是我们在学习，科学研究等方面不可缺少的工具。 1.2幅度频率可调的锯齿波发生器设计的要求及技术指标 要求: 1. 现设计并制作能产生锯齿波波形信号输出的函数发生器。 2. 设计电路所需的直流稳压电源。 技术指标: 1. 输出的波形工作频率范围0.02Hz,1kHz连续可调 2. 方波幅值?10V。 3. 波峰峰值20V;各种输出波形幅值均连续可调。 1.3设计方案论证 方案(一) 设计一个集成电路，可以直接对其进行调频调幅。这种电路的性能好，而且使用能力强，工作范围大。但是这种电路大多采用集成元件，成本较高。并且它的工艺要求较高，焊接等技术要求都很高。因此不易选择此设计方案。 方案(二) 设计一个锯齿波发生器和一个稳压源。锯齿波发生电路需要同相输入迟滞比较器和充放电时间常数不等的积分器构成。这种设计基于电路简单，性能较为良好，器件选择灵活,并且器件价格便宜。因此本次设计选择此方案。 1.4总体设计方案框图及分析 输出 直流稳压电路 锯齿波发生电路 4 分析:设计锯齿波发生电路来产生方波幅值?10V和波峰峰值20V的锯齿波，并且可以调解输出波形的频率在0.02Hz,1kHz之间，锯齿波发生电路中的迟滞比较器是需要直溜稳压电源供电，因此还需要一个稳压电路来提供电压工作。 幅度频率可调的锯齿波发生器各单元电路设计 2.1幅度频率可调锯齿波电路设计 发生器的电路如图1.1所示， 锯齿波发生电路由同相输入迟滞比较器(A1)与充放电时间常数不等的积分器(A2)两部分构成。 两部分图如下: 5 Vi,Vo1Vp1= Vi,R1R3，R4 考虑到电路翻转时，有Vn1?Vp1=0,即得 R3VI=Vth= ,Vo1R4 由于Vo1=?Vth,则可求出上、下门限电压和门限宽度为 R3Vt+= VzR4 R3Vt-= ,VzR4 R3Vt=Vt+-Vt-= (1-1) 2VzR4 若忽略二极管的正向电阻，其振荡周期为 T=T1+T2 2R3R8C2R3(R8||R7)C = ，R2R4R4 2R3R8C(R8，2R7) = R4(R7，R8) R4(R7，R8)f= (1-2) 2R3R8C(R8，2R7) 2.2直流稳压源电路设计 在此设计的直流稳压源选择了使用继承稳压元器件。由于锯齿波电路中 6 的迟滞比较器(A1)与积分器(A2)都是双电源供电，因此我们需要LM317与LM337。与78**和79**相比输出电压的调节范围大，并且LM337与LM317外接的元件很少。 LM317集成稳压电路图如下。 LM317是常见的可调集成稳压器，最大输出电流为2.2A，输出电压范围为1.25,37V。其接法如下: 1，2脚之间为1.25V电压基准。为了保证稳压器的输出性能，R1应小于240Ω。改变R2阻值即可调整稳压电压值。D1，D2的作用是用于保护LM317。 R2Uo=(1，)*1.25 (2-1) R1 LM337稳压器是与LM317对应的负压三端可调集成稳压器，它的工作原理和电路结构与LM317的相似。 幅度频率可调的锯齿波发生器整体电路设计 7 3.1整体电路图及工作原理 整体电路图如下: 工作原理:直流稳压源接通电源，在LM317和LN337为核心的稳压电路正常工作供电，接通开关S1和S2。锯齿波发生电路中，当t=0时电源接通，有Vo1=-Vz,则-Vz经向充电，使输出电压按接线规律增长。当Vo1上升到门限电压Tt使Vp1=Vn1,比较器输出Vo1由-Vt上跳到+Vt，同时门限电压下跳到Vt-值。以后Vo1=+Vz经R6和D、R5两支路向C反向充电，由于时间常数减小，Vo迅速下降到负值。当Vo下降到下门限电压Vt-使Vp1?Vn1时，比较输出Vo1又由+Vz下跳到负值。如此周而复始，产生振荡。由于电容C的正向与反向充电时间常数不相等，输出波形Vo为锯齿波电压，Vo1为矩形波电压，如下图所示。 8 3.2电路参数计算 锯齿波发生电路中R5,R6=R7=10k,R4=10k,由(1-1)及要求的方波 幅值?10V，波峰峰值20V，即Vom=20.这样稳压管应使得Vth=10V。并且 R4*V0mR3=?10Ω。 2Vth 由公式(1-2)及输出的波形工作频率范围0.02Hz,1kHz连续可调，且公 式中其它见参数已定，则R8max=200k。 直流稳压电路中R1=200Ω，其输出电压可调，由公式(2-1)及锯齿波发 生器中的比较器741工作电压为?16 1.25*Uo,1R2max=?6k R1 由于设计的是一个可调的直流稳压源，因此在变位器的阻值范围内可以供 给锯齿波电路正常的工作。 3.3整机电路性能分析 左端上下各为两个直流稳压电源，它们核心器件为LM337与LM317。他们内部电路有比较放大器、偏置电阻、恒流源和带隙基准电压。能够提供稳定的输出电压，能够带动锯齿产生电路中的比较器正常工作，性能稳定。 锯齿波发生电路由同相输入迟滞比较器(A1)与充放电时间常数不等的积分器(A2)两部分构成。能够长时间稳定提供锯齿波。比较器的电路简单、灵敏度高，但抗干扰能力差。但是迟滞比较器的抗干扰能力大，虽然它的灵敏度差，但两者互补，大大改善单路性能。 第4章 设计总结 本次设计经过反复论证最终敲定这种方案。翻阅大量论文、书刊，在老师指导下，顺利完成。所设计的电路简单完整，器件参数给定，性能较好。但还缺少实际调试，具体应用能力有待考核。由于设计者能力有限，及时间仓促，出现的问题还是很多。以后的设计中会积极更正。 参考文献 [1] 陈维新著 《新型使用电路设计制作便查手册》电子科技大学出版社 1993 [2] 沈勇潮 工志功编著 《集成电路设计基础》电子工业出版社 2004 [3] 王培福 《新编线形稳压电源》电子工业出版社 2004 [4] 吕砚出 杨丽华编著 《电子电工计算手册》化学工业出版社 2003 9 附录:器件清单 稳压二极管: IN4740A 4支 二极管 D1N4001 5支 三端可调式集成稳压器: LM317 1支 LM337 1支 比较器 741 2支 变位器 R1=6K R3=10k R8=200k R11=6k 电阻 R4=10k R5=10K R6=10k R7=10K R9=10K R10=6k 电容 100μf 1支 1μf 2支 电解电容 1μf 4支 10